Учёные из японского института JAIST разработали добавку для графитовых анодов литийионных аккумуляторов, которая заметно замедляет их деградацию при эксплуатации.
Вещество получило обозначение FPTI (пентафторфенил тиофен имин). Оно формирует на поверхности анода стабильную защитную плёнку уже в первые циклы зарядки, предотвращая нежелательные химические реакции между электролитом и анодом.
Без такой плёнки происходит избыточный расход активного лития и рост электрического сопротивления, что ускоряет потерю ёмкости батареи со временем.
В эксперименте добавку вводили в электролит в концентрации 2 и 4 мг/мл. Компоненты на основе серы и имина укрепляют защитный слой, а фтор обогащает литиевые соединения на поверхности анода — это снижает число паразитных реакций и облегчает движение ионов лития.
Ячейка с 2 мг/мл FPTI сохранила 89,4% начальной ёмкости после 1000 циклов зарядки, а с 4 мг/мл — 95,6%. Контрольный образец без добавки потерял значительную часть ёмкости уже после 350 циклов, сохранив к 1000-му циклу лишь 62,7%.
При этом добавление FPTI напрямую в электролит без предварительной обработки анода ухудшало характеристики ячеек типа NMC из-за роста сопротивления в катоде. Эффективна добавка только на этапе подготовки графитового анода, после чего ячейку собирают со стандартным электролитом.
Отдельный тест показал и рост плотности хранения заряда: при концентрации 4 мг/мл показатель увеличился со 130 до 233 Вт·ч/кг, а при 2 мг/мл — до 192 Вт·ч/кг.
Для внедрения добавки в серийное производство аккумуляторов потребуются масштабные испытания, но эксперимент демонстрирует значительный потенциал для улучшения характеристик классических литийионных батарей.